计算机组成原理课程设计

前言

《计算机组成原理与接口技术》是计算机相关专业的非常重要的一门专业基础课，同时也是一门实践性很强的课程，计算机组成和运行机制方面以及外设接口的许多基本概念、基本原理、基本设计和分析方法都需要在实践中进一步加深理解，同时在实践中提高学生的实际应用能力。“计算机组成原理与接口技术课程设计”是与《计算机组成原理与接口技术》课堂教学同等重要的环节，希望通过课程设计，使学生对《计算机组成原理与接口技术》课程有一个更加全面、深刻的认识，并能初步建立较完整的计算机整机系统概念，培养学生独立思维意识、提高学生实际动手能力和解决实际问题的能力。

“计算机组成原理与接口技术课程设计”开设这么多年来，主要使用朱更明老师组织编写的、基于EWB(Electronics Workbench)5.0平台的课程设计指导书，而该软件近年来已经改名并发展到Multisim 13.x版本，因此我在原来课程设计指导书基础上进行了修改，改为针对Multisim软件进行介绍，并重点对运算器实验电路重新设计、制作以适用软件版本的改变。如果在教学实验过程中有什么问题，希望大家指出以利改进。

另外接口技术部分的实验则采用“微机接口网上虚拟实验室”实现，该虚拟实验室来自海军航空工程学院青岛分院计算机教研室，在此向吴为团等老师表示感谢。

由于课时问题，关于汇编编程和接口部分没有进行充分的介绍，希望同学们自行查阅相关资料，尽量更多更深了解各接口芯片(特别是8255A)工作原理以及编程等相关知识，看懂源程序并能按要求进行修改或编写及调试源程序。

第一部分实验平台

一、Multisim软件

（一）简介

随着电子技术和计算机技术的发展，电子产品已与计算机紧密相连，电子产品的智能化日益完善，电路的集成度越来越高，而产品的更新周期却越来越短。电子设计自动化（EDA）技术，使得电子线路的设计人员能在计算机上完成电路的功能设计、逻辑设计、性能分析、时序测试直至印刷电路板的自动设计。EDA是在计算机辅助设计（CAD）技术的基础上发展起来的计算机设计软件系统。与早期的CAD软件相比，EDA软件的自动化程度更高、功能更完善、运行速度更快，而且操作界面友善，有良好的数据开放性和互换性。

MultiSim是由Electronics Workbench (EWB)发展而来，该软件是加拿大Interactive Image Technologies公司于八十年代末、九十年代初推出的电子电路仿真的虚拟电子工作台软件，现已并入National Instruments（NI，国家仪器有限公司）并改名Multisim，是一个完整的设计工具系统，提供了一个非常大的元件数据库，并提供原理图输入接口、全部的数模Spice仿真功能、VHDL|Verilog设计接口与仿真功能、FPGA|CPLD综合、RF设计能力和后处理功能，还可以进行从原理图到PCB布线工具包（如：Electronics Workbench 的Ultiboard2001）的无缝隙数据传输。它具有这样一些特点：

（1）采用直观的图形界面创建电路：在计算机屏幕上模仿真实实验室的工作台，绘制电路图需要的元器件、电路仿真需要的测试仪器均可直接从屏幕上选取；

（2）软件仪器的控制面板外形和操作方式都与实物相似，可以实时显示测量结果。（3）软件带有丰富的电路元件库，提供多种电路分析方法。

（4）作为设计工具，它可以同其它流行的电路分析、设计和制板软件交换数据。

（5）还是一个优秀的电子技术训练工具，利用它提供的虚拟仪器可以用比实验室中更灵活的方式进行电路实验，仿真电路的实际运行情况，熟悉常用电子仪器测量方法。

因此非常适合电子类课程的教学和实验，由于其功能非常强大，所以在这里只对课程设计有关的初步知识，基本操作方法进行介绍，有兴趣深入了解的同学可自行登陆/multisim/zhs/

(二)软件基本操作方法介绍

1. 电路创建

软件界面如图1-1所示，由于Mutlisim是Windows下软件，所以基本操作大家都非常熟悉，无需赘言。

图中央部分为工作区：可设置图纸大小，第二个实验电路较复杂，可设置A3尺寸；

左边为元件工具栏：包含元件箱按钮（Parts Bin）,单击它可以打开元件族工具栏（此工具栏中包含每一元件族中所含的元件按钮，以元件符号区分）。绿色的是虚拟元件，是可以随意改变参数的。黑色元件是有封装的真实元件，参数是确定的，不可以改变；

右边为仪表栏，在本课程设计过程中基本上不要用；

右上角“开关”即“仿真开关”，当然也可在菜单中找到该命令。

图1-1 Multisim界面示意图

1.1放置元件

利用元件工具栏放置元件，这是放置元件的一般方法。也可以用Place|Place Component放置元件，当不知道要放置的元件包含在哪个元件箱中时这种方法很有用。

以放置电源为例进行说明。

同理，可以将电路中所需元件一一放置到工作区。

另外双击元件出现对话框，可对元件的具体属性进行设置。通过鼠标右键可选择元件按一定角度旋转以及进行其他设置。

1.2连线

Multisim有自动与手工两种连线方法。自动连线选择管脚间最好的路径自动为您完成

连线，它可以避免连线通过元件和连线重叠；手工连线要求用户控制连线路径。可以将自动连线与手工连线结合使用，比如，开始用手工连线，然后让Multisim自动地完成连线。

自动连线：单击甲部件管脚，再单击乙部件欲连线管脚，实现自动连线。

手工连线：在甲乙两部件之间增加若干“节点”，然后进行连线。

另外：已经画好的连线可选择其线段用鼠标进行拖动改变位置，使线路更清晰。还可以在图中增加文本进行注释。具体操作可自行详细体会。

所有元件都放置好并连线，就可以进行仿真。

2.用户自定义元件的创建

上述元件都是从软件所带的标准元件库中选择，而在实验过程中有时也需要一些标准